1.5Tおよび3TでのMRI時の両側DBSインプラント近傍組織のRF誘導加熱：外科的リード管理の役割

RF-induced heating in tissue near bilateral DBS implants during MRI at 1.5 T and 3T: The role of surgical lead management.

• Laleh Golestanirad
• John Kirsch
• Giorgio Bonmassar
• Sean Downs
• Behzad Elahi
• Alastair Martin
• Maria-Ida Iacono
• Leonardo M Angelone
• Boris Keil
• Lawrence L Wald
• Julie Pilitsis

抄録

深部脳刺激（DBS）インプラント患者にとってMRIへのアクセスは、リード周辺組織の高周波（RF）加熱を含む安全上の危険性のために制限されています。計算モデルは、RF加熱の多変量問題を探求し、電磁場と生体組織の相互作用をよりよく理解するのに役立つ優れたツールを提供する。本論文では、64MHz/1.5Tおよび127MHz/3TでのMRI撮影時に、両側DBSリードの先端部周辺の組織における比吸収率(SAR)の観点から、RF誘導加熱を評価するための計算モデルを紹介する。視床下核DBSの手術を受けた9名の患者の術後CT画像から、患者固有のリアルなリードモデルを構築した。左右のDBS接触電極先端のSARを有限要素法で計算した。送信頭コイルと送信体コイルの両方を解析した。その結果、左右のDBS接触電極の先端部のSARと温度上昇には大きな差があり、埋め込みパルス発生器(IPG)とは反対側の電極では、シミュレーションでは最大7倍、測定では最大10倍の温度上昇が見られた。リード軌道に対する入射電界の向きを調べ、局所的なSAR増幅を予測するための指標を導入した。リード軌道の変更は、導電性ワイヤーと市販のDBSリードの両方を使用したファントム実験において、加熱を大幅に減少させることが示された。最後に、両側DBSの手術を受けた患者において、修正された軌道を実装することの外科的な実行可能性が実証された。

Access to MRI is limited for patients with deep brain stimulation (DBS) implants due to safety hazards, including radiofrequency (RF) heating of tissue surrounding the leads. Computational models provide an exquisite tool to explore the multi-variate problem of RF heating and help better understand the interaction of electromagnetic fields and biological tissues. This paper presents a computational approach to assess RF-induced heating, in terms of specific absorption rate (SAR) in the tissue, around the tip of bilateral DBS leads during MRI at 64MHz/1.5 T and 127 MHz/3T. Patient-specific realistic lead models were constructed from post-operative CT images of nine patients operated for sub-thalamic nucleus DBS. Finite element method was applied to calculate the SAR at the tip of left and right DBS contact electrodes. Both transmit head coils and transmit body coils were analyzed. We found a substantial difference between the SAR and temperature rise at the tip of right and left DBS leads, with the lead contralateral to the implanted pulse generator (IPG) exhibiting up to 7 times higher SAR in simulations, and up to 10 times higher temperature rise during measurements. The orientation of incident electric field with respect to lead trajectories was explored and a metric to predict local SAR amplification was introduced. Modification of the lead trajectory was shown to substantially reduce the heating in phantom experiments using both conductive wires and commercially available DBS leads. Finally, the surgical feasibility of implementing the modified trajectories was demonstrated in a patient operated for bilateral DBS.

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